Forskere viser tilfældige, transistorlaser, der kan manipuleres i nanoskala

I det sidste halve århundrede, laserteknologi er vokset til en global industri med mange milliarder dollars og er blevet brugt i alt fra optiske diskdrev og stregkodescannere til kirurgisk udstyr og svejseudstyr.

For ikke at nævne de laserpointer, der underholder og forvirrer din kat.

Nu, lasere er klar til at tage endnu et skridt fremad:Forskere ved Case Western Reserve University, i samarbejde med partnere rundt om i verden, har været i stand til at styre retningen af ​​en lasers udgangsstråle ved at anvende ekstern spænding.

Det er en historisk første blandt forskere, der har eksperimenteret med det, de kalder "tilfældige lasere" i løbet af de sidste 15 år eller deromkring.

"Der er stadig meget arbejde at gøre, men dette er et klart første bevis på en transistor tilfældig laser, hvor laseremissionen kan dirigeres og styres ved at anvende en ekstern spænding, "sagde Giuseppe Strangi, professor og Ohio Research Scholar i overflader af avancerede materialer ved Case Western Reserve University.

Strangi, der ledede forskningen, og hans samarbejdspartnere skitserede for nylig deres resultater i et papir, der blev offentliggjort i tidsskriftet Naturkommunikation . Projektet, finansieret af National Academy of Sciences of Finland, var rettet mod at overvinde visse fysiske begrænsninger, der er iboende for den anden generation af lasere.

Lasersucceser, laser begrænsninger

Laserteknologiens historie er gået hurtigt, da den unikke lyskilde har revolutioneret stort set alle områder af det moderne liv, herunder telekommunikation, biomedicin og måleteknologi.

Men laserteknologien er også blevet hæmmet af betydelige mangler:Ikke alene skal brugerne fysisk manipulere enheden, der projicerer lyset for at flytte en laser, men for at fungere, de kræver en præcis justering af komponenter, gør dem dyre at producere.

Disse begrænsninger kunne snart elimineres:Strangi og forskningspartnere i Italien, Finland og Storbritannien har for nylig demonstreret en ny måde at både generere og manipulere tilfældigt laserlys, herunder i nanoskala.

Til sidst, dette kan føre til, at en medicinsk procedure udføres mere præcist og mindre invasivt eller omdirigerer en fiberoptisk kommunikationslinje med en drejeskive, Sagde Strangi.

'Tilfældige' lasere blev bedre

Så hvordan fungerer lasere egentlig?

Konventionelle lasere består af et optisk hulrum, eller åbning, i en given enhed. Inde i dette hulrum er et fotoluminescerende materiale, der udsender og forstærker lys og et par spejle. Spejlene tvinger fotoner, eller lette partikler, at hoppe frem og tilbage med en bestemt frekvens for at producere den røde laserstråle, vi ser udsende fra laseren.

"Men hvad nu hvis vi ville miniaturere det og slippe af med spejlene og lave en laser uden hulrum og gå ned til nanoskalaen?" spurgte han. "Det var et problem i den virkelige verden, og hvorfor vi ikke kunne gå videre til århundredeskiftet med tilfældige lasere."

Så tilfældige lasere, som er blevet undersøgt for alvor i de sidste 15 år, adskiller sig fra den originale teknologi, der først blev afsløret i 1960 mest ved, at de ikke stoler på det spejlede hulrum.

I tilfældige lasere, de foton, der udsendes i mange retninger, bliver i stedet vrides af at skinne lys ind i et flydende krystalmedium, styre de resulterende partikler med den lysstråle. Derfor, der er ikke behov for de store, spejlet struktur påkrævet i traditionelle applikationer.

Den resulterende bølge - kaldet en "soliton" af Strangi og forskerne - fungerer som en kanal for de spredte fotoner at følge ud, nu i orden, koncentreret vej.

En måde at forstå, hvordan dette fungerer på, er ved at forestille sig en lyspartikelversion af de "ensomme bølger", som surfere (og ferskvandsbundne fisk) kan ride, når floder og havvande støder sammen i visse flodmundinger, Sagde Strangi.

Endelig, undersøgelserne ramte flydende krystal med et elektrisk signal, som gør det muligt for brugeren at "styre" laseren med en urskive, i modsætning til at flytte hele strukturen.

Det er den store udvikling ved dette team, Sagde Strangi.

"Derfor kalder vi det 'transistor, 'fordi et svagt signal (soliton), styrer en stærk - laserudgangen. "sagde Strangi." Lasere og transistorer har været de to førende teknologier, der har revolutioneret det sidste århundrede, og vi har opdaget, at de begge er sammenflettet i det samme fysiske system "

Forskerne mener, at deres resultater vil bringe tilfældige lasere tættere på praktiske anvendelser inden for spektroskopi (brugt i fysisk og analytisk kemi samt i astronomi og fjernmåling), forskellige former for scanning og biomedicinske procedurer.